[发明专利]一种用于检测超级电容器电极电荷量的光纤传感探头应用系统及光纤传感探头的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于检测超级电容器电极电荷量的光纤传感探头应用系统及光纤传感探头的制备方法，属于光纤传感技术应用于电化学的技术领域。本发明解决现有超级电容器电极电荷量无法进行实时检测，以及避免在充放电过程中温度变化对检测结果产生影响的问题。本发明提供一种用于超级电容器监测的光纤局域表面等离子体共振(LSPR)传感技术。通过在多模光纤的纤芯上吸附金纳米粒子(AuNPs)，基于LSPR原理形成传感区。将光纤植入超级电容器内部，实现对充放电过程的原位实时监测。本发明获得的光纤LSPR传感探头与传统的表面等离子体共振(SPR)传感器相比，LSPR传感器对温度波动不敏感，更加适用于超级电容器的监测。

技术领域

本发明涉及一种用于检测超级电容器电极电荷量的光纤传感探头应用系统及光纤传感探头的制备方法，属于光纤传感技术应用于电化学的技术领域。

背景技术

超级电容器等电化学储能设备，由于其被认为是目前储能效率最高、最具发展前景的新型能量存储设备，而且具有高功率密度、超长寿命、宽工作温度的特点而备受关注，被广泛应用于清洁电力、电动汽车、移动医疗、便携式电子设备等领域。如何准确和实时的监测工作状态下的超级电容器的实时储能及其健康状态，这对超级电容器工作机制的深入研究以及对其衰减老化原因的分析和解决具有重要意义。

现有循环伏安测试、恒流充放电测试等方法是现有对电化学储能设备(如超级电容器)的测试技术。但是，这些技术均不具备实时在线监测的能力。现有还可以使用原位透射电镜、冷冻电镜或X射线衍射(XRD)等原位探测技术检测超级电容器的充放电过程，但其检测设备体积庞大、价格昂贵，不适合对超级电容器的日常运行进行监测。因此，提供一种用于实时检测超级电容器电极电荷量的光纤传感探头的应用系统及光纤传感探头的制备方法是十分必要的。

发明内容

本发明为了解决上述超级电容器电极电荷量实时检测，以及避免在超级电容器充放电过程中产生的温度变化对检测结果影响的问题，提供一种用于检测超级电容器电极电荷量的光纤传感探头应用系统及光纤传感探头的制备方法。

本发明的技术方案：

一种用于检测超级电容器电极电荷量的光纤传感探头的应用系统，该系统包括光谱仪1、卤素光源2、超级电容器3、PC端4、电化学工作站5、LabVIEW平台6、Y型光纤7和光纤LSPR传感探头12，所述的Y型光纤7的单头端与光纤LSPR传感探头12连接，光纤LSPR传感探头12插装在超级电容器3中，超级电容器3的工作电极8、参比电极9和对电极10与电化学工作站5连接，电化学工作站5与PC端4连接；Y型光纤7的双头端分别通过SMA905接口与卤素光源2和光谱仪1连接，光谱仪1的输出端通过连接线与LabVIEW平台连接。

进一步限定，光纤LSPR传感探头12包括光纤传感区14和银镜反射区15，银镜反射区15位于光纤LSPR传感探头12的末端，银镜反射区15为在光纤的纤芯上涂覆金属银层；光纤传感区14为在光纤的纤芯上吸附金纳米粒子。

进一步限定，光纤LSPR传感探头12远离银镜反射区15的一端与Y型光纤7的单头端连接，光纤传感区14与工作电极8完全贴合，并使用锂电隔膜13缠绕在光纤传感区14与工作电极8的贴合处。

进一步限定，锂电隔膜13能够将光纤传感区14和工作电极8紧密固定在一起，又不影响氯化锂电解液的中离子在锂电隔膜两侧的自由移动。

进一步限定，超级电容器3的工作电极8为负载MnO₂的碳布，参比电极9为Ag/AgCl电极，对电极10为Pt电极，超级电容器3的电解液为1mol/L的氯化锂溶液。

上述光纤LSPR传感探头的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，将纤芯直径600um和数值孔径为0.37的多模光纤剪成长度为7.5cm；